太陽輻射

　　太陽向宇宙空間發射的電磁波和粒子流。地球所接受到的太陽輻射能量僅為太陽向宇宙空間放射的總輻射能量的二十億分之一，但卻是地球大氣運動的主要能量源泉。

　　到達地球大氣上界的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射量。在地球位於日地平均距離處時，地球大氣上界垂直於太陽光線的單位面積在單位時間內所受到的太陽輻射的全譜總能量，稱為太陽常數。太陽常數的常用單位為瓦/米²。因觀測方法和技術不同，得到的的太陽常數值不同。世界氣象組織(WMO)1981年公佈的太陽常數值是1368瓦/米²。地球大氣上界的太陽輻射光譜的99％以上在波長0.15～4.0微米之間。大約50％的太陽輻射能量在可見光譜區（波長0.4～0.76微米），7％在紫外光譜區（波長＜0.4微米），43％在紅外光譜區（波長>0.76微米），最大能量在波長0.475微米處。由於太陽輻射波長較地面和大氣輻射波長（約3～120微米）小得多，所以通常又稱太陽輻射為短波輻射，稱地面和大氣輻射為長波輻射。太陽活動和日地距離的變化等會引起地球大氣上界太陽輻射能量的變化。

　　太陽輻射通過大氣，一部分到達地面，稱為直接太陽輻射；另一部分為大氣的分子、大氣中的微塵、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太陽輻射一部分返回宇宙空間，另一部分到達地面，到達地面的這部分稱為散射太陽輻射。到達地面的散射太陽輻射和直接太陽輻射之和稱為總輻射。太陽輻射通過大氣後，其強度和光譜能量分佈都發生變化。到達地面的太陽輻射能量比大氣上界小得多，在太陽光譜上能量分佈在紫外光譜區幾乎絕跡，在可見光譜區減少至40％，而在紅外光譜區增至60％。

　　天文太陽輻射量隨地球緯度和時間而變化。任一緯度和任一時刻的天文太陽輻射強度可用下式表示：

式中I為太陽輻射強度；I₀為太陽常數；ρ為某時刻日地距離與平均日地距離的比值；φ為地理緯度；δ為太陽赤緯；ω為太陽時角。

　　某緯度上每日的天文太陽輻射總量可用下式表示：

式中Q為天文太陽輻射總量；T為一晝夜時間；ω₀為日沒的時角。

　　在地球大氣上界，北半球夏至時，日輻射總量最大，從極地到赤道分佈比較均勻；冬至時，北半球日輻射總量最小，極圈內為零，南北差異最大。南半球情況相反。春分和秋分時，日輻射總量的分佈與緯度的餘弦成正比。南、北回歸線之間的地區，一年內日輻射總量有兩次最大，年變化小。緯度愈高，日輻射總量變化愈大。

　　到達地表的全球年輻射總量的分佈基本上成帶狀，隻有在低緯度地區受到破壞。在赤道地區，由於多雲，年輻射總量並不最高。在南北半球的副熱帶高壓帶，特別是在大陸荒漠地區，年輻射總量較大，最大值在非洲東北部。（見圖）

全球太陽輻射年總量分佈圖（單位：千米/厘米²·年）